2022 année nucléaire

 2022 s'annonce intense et critique pour le nucléaire !

La construction de 6 nouveaux réacteurs était actée dans la PPE de 2018, mais n’avait reçu  aucun début d’exécution, aucun signal positif. Pour fixer les idées, 6 EPR2 permettent d’atteindre 26% de production nucléaire en 2050 ; 14 EPR2 ne permettraient que  d’atteindre entre 36 et 50% de nucléaire en 2050 (selon que l’on ferme les réacteurs existant comme prévu, ou au contraire sous des hypothèses volontaristes  de prolongation des centrales existantes, y compris pour certaines au-delà de 60 ans). Et encore sous des hypothèses très optimistes de demande énergétique, qui laissent peu de place à la réindustrialisation.

Le nucléaire a trop souffert depuis trop longtemps des à-coups, décisions contradictoires, procrastination des dirigeants politiques. Il a besoin de décisions rapides, de continuité, de prévisibilité.

Je souhaite vous informer d'une initiative, d'une pétition que j'ai lancée en faveur de la reprise d'un programme nucléaire conséquent.

Elle s'appuie fortement  sur l'avis de juin 2021 de l'Académie des Sciences sur le rôle du nucléaire dans la transition énergétique et est plus particulièrement destinée aux ingénieurs, techniciens scientifiques..

Pétition

https://www.change.org/ingénieurspourlenucléaire

Si vous en partagez les vues, n’hésitez pas à signer et à faire circuler !

Texte de la pétition :

Les ingénieurs et élèves ingénieurs de France s’engagent pour le nucléaire et le climat !

Nul ne peut plus ignorer que le réchauffement climatique d’origine anthropique fait peser une menace existentielle sur nos civilisations et sur l’existence même de l’humanité, ainsi d’ailleurs que la surconsommation et l’épuisement des combustibles fossiles. Nos sociétés ne survivront que par une transition énergétique climatiquement efficace, économiquement soutenable et socialement acceptable permettant une diminution drastique de nos émissions de gaz à effet de serre et de l’utilisation des énergies fossiles.

En Europe même, certains choix énergétiques ne vont pas du tout dans ce sens, notamment les politiques de sortie du nucléaire, qui conduisent fatalement à une augmentation des émissions de CO₂. Sur fond d’ignorance scientifique, d’obscurantisme, de manipulation des peurs, des initiatives voire des décisions néfastes pour le climat sont prises : tentative au Parlement Européen d’imposer la sortie du nucléaire pour tous les pays de l’U.E.[1],  exclusion en l’état du nucléaire de la taxonomie financière européenne et de l’accès au financement via les green bonds etc. D’autre part, la fermeture programmée dans toute l’Europe de capacités pilotables, en particulier  nucléaires, et la dépendance accrue à des énergies variables intermittentes mettent sérieusement en péril la sécurité d’approvisionnement, en particulier lors des pointes hivernales, comme cela a été signalé par France Stratégie[2].

Comme l’a souligné récemment le Président de l’Autorité de Sureté Nucléaire devant le Senat,  « tous les sujets abordés sur l’énergie nucléaire en France ont un point commun : ils ont tous fait l’objet d’études approfondies et l’heure a sonné pour le gouvernement et les politiques, aujourd’hui, qui doivent prendre des décisions. Autrement dit, l’absence de décision et d’anticipation en matière de politique énergétique, l’absence de choix concernant l’énergie pilotable qui intégrera le paysage français demain, l’indécision sur le nouveau nucléaire, sur les solutions relatives aux déchets, l’absence de visibilité pour le tissu industriel français, etc., auront très clairement des conséquences irréversibles d’ici 2035/2040 »[3]

Le nucléaire sous ses différentes formes actuelles (GEN III, EPR) et à venir ( GEN IV, petits réacteurs modulaires-SMR) constitue la seule source d’électricité décarbonée pilotable, à part l’hydraulique, capable de fournir par tous temps une électricité abondante et bon marché[4].

Le temps n’est plus de la procrastination, de l’irrationalité, de la démagogie, de la lâcheté. S’appuyant sur  l’expertise de nombreuses sociétés savantes (AIE, NEA-OCDE, UNSCEAR, Autorités de Sureté Nucléaire, SFEN, Centre Commun de Recherche de la Commission européenne…), partageant l’avis de l’Académie Française des Sciences de juin 2021[5] et reprenant ses recommandations, les ingénieur.es et élèves ingénieur.es de France demandent aux dirigeants politiques de ce pays un engagement ferme dans le nucléaire, notamment sur les points suivants :

- conserver la capacité électronucléaire du bouquet énergétique de la France par la prolongation des réacteurs en activité, quand leur fonctionnement est assuré dans des conditions de sûreté optimale, et par la construction de réacteurs de troisième génération, les EPR, dans l’immédiat ; 

- assurer au nucléaire un accès équitable aux financements publics et privé, basé sur la neutralité technologique et économique, en tenant compte de l’ensemble des coûts et bilan carbone associés à toutes les technologies ;

 - initier et soutenir un ambitieux programme de R&D sur le nucléaire du futur afin de préparer l’émergence en France des réacteurs à neutrons rapides (RNR) innovants de quatrième génération (Gen IV), qui constituent une solution d’avenir et dont l’étude se poursuit activement à l’étranger ;

- prendre en compte dans ce programme tous les aspects scientifiques du recyclage du combustible associés aux réacteurs, incluant la gestion des déchets radioactifs, en particulier, après plus de cinquante ans d’études, la reconnaissance par toutes les autorités de sureté des pays concernés de l’enfouissement géologique profond comme meilleure solution pour les déchets de haute activité et à vie longue ;

-  maintenir des filières de formation permettant d’attirer les meilleurs jeunes talents dans tous les domaines de la physique, la chimie, l’ingénierie et les technologies nucléaires pour développer les compétences nationales au meilleur niveau ;

- informer le public en toute transparence sur les contraintes des diverses sources d’énergie, l’analyse complète de leur cycle de vie et l’apport de l’électronucléaire dans la transition énergétique en cours ;

Confiants dans la rationalité scientifique et technique qui constitue le cœur de leur métier, confiants aussi dans la capacité de l’humanité à résoudre les problèmes auxquels elle a à faire face, les ingénieur.es et élèves ingénieur.es de France s’engagent pour le nucléaire et suivront de près les intentions, les discours et les actes des différents candidats aux plus hautes responsabilités politiques.

Eric Sartori, ESPCI(97)

#IngenieursPourLeNucléaire

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[1] Parlement Européen, Résolution sur la COP 25, amendement 56, présenté le 28 novembre 2019, par le SPD allemand et adopté par la Commission ENVI

[2] Quelle sécurité d’approvisionnement électrique en Europe à horizon 2030 ?, France Stratégie, 15 janvier 2021

[3] Audition  devant le Sénat du Président de l’ASN, Bernard Doroszczuk. le 7 avril 2021.

[4] 6g CO2/kWh en France, 12g CO2/kWh (moyenne mondiale) contre 440 g CO2/kWh pour le gaz, 800 à 1000 g CO2/kWh pour le charbon, 13 g CO2/kWh pour l’éolien terrestre, 14-17 g CO2/kWh pour l’éolien maritime posé, 24-47 g CO2/kWh pour l’éolien flottant, 56 g CO2/kWh pour le photovoltaïque,

[5] L’apport de l’énergie nucléaire dans la transition énergétique, aujourd’hui et demain, Académie des Sciences, 8 mai 2021

Réponse à Thierry Breton : non le nucléaire n’est pas qu’une énergie de transition (2) La Génération IV

Suite du blog précédent sur la GEN III (https://vivrelarecherche.blogspot.com/2021/08/non-le-nucleaire-nest-pas-quune-energie.html)

 1) La génération IV : fermer le cycle du combustible et le  nucléaire devient durable

 Le but du programme de  Gen IV est de développer des réacteurs à la sûreté renforcée, durables (entre autres, économes en uranium), économiquement compétitifs par rapport aux autres sources d’énergie, non proliférants, résistants aux attaques terroristes et créant peu de déchets ultimes. La sécurité renforcée : dans les réacteurs de Génération IV, ce sont  les processus physiques en action qui,  en premier lieu, empêchent  une fusion du cœur : la réaction nucléaire s'arrête si le combustible devient trop chaud. Les systèmes passifs qui reposent sur la conduction thermique et la convection sont alors suffisants pour la dissipation de la chaleur restante.

L’autre grand intérêt des réacteurs de génération IV est la fermeture du cycle du combustible.

C’est le cas pour les RNR ( réacteurs à neutrons rapides). Les réacteurs à neutrons rapides utilisent des neutrons qui ne sont pas ralentis par un modérateur tel que l’eau pour maintenir la réaction de fission en chaîne. Là où les réacteurs à neutrons thermiques actuels ne consomment qu’une fraction de l’uranium naturel servant de combustible, les réacteurs à neutrons rapides utilisent la quasi-totalité de l’uranium contenu dans le combustible pour extraire jusqu’à 70 fois plus d’énergie, diminuant ainsi le besoin en nouvelles ressources d’uranium. Les réacteurs à neutrons rapides peuvent aussi produire plus de combustible qu’ils n’en consomment (c’est la « surgénération ») et brûler une partie des déchets présents dans le combustible usé, tels que des actinides mineurs, ce que les réacteurs thermiques ne peuvent pas faire efficacement. Les brûler réduit considérablement le volume, la toxicité et la durée de vie des déchets radioactifs à longue période.

C’est ce qu’on appelle un cycle fermé du combustible nucléaire, c’est-à-dire le recyclage et la réutilisation du combustible usé. Un tel système d’énergie pourrait potentiellement durer des milliers d’années. (Dans un cycle ouvert, à l’inverse, le combustible nucléaire n’est utilisé qu’une fois et le combustible usé est déclaré comme déchet pour finalement être stocké sous terre dans des dépôts géologiques.)

Commentaire : Ainsi, en France, avec le programme Astrid et la quantité de stock de combustible valorisable, nous disposerions de combustible pour plus d’un millénaire de fonctionnement d’un parc nucléaire de GEN IV cf. https://vivrelarecherche.blogspot.com/search?q=Astrid

La génération IV regroupe six concepts différents de réacteurs. Trois sont des  réacteurs à neutrons rapides (RNR) :

- le réacteur à neutrons rapides à caloporteur sodium (RNR-Na) ou Sodium-cooled Fast Reactor System (SFR) ;

- le réacteur à neutrons rapides à caloporteur gaz (RNR-G) ou Gas-cooled Fast Reactor System (GFR)

 - le réacteur à neutrons rapides à caloporteur alliage de plomb (RNR-Pb), ou Lead-cooled Fast Reactor System (LFR).

 Et, d’autre part

 - le réacteur à très haute température, refroidi à l’hélium (RTHT) ou Very High Temperature Reactor System (VHTR) ;

- le réacteur à eau supercritique (RESC) ou Supercritical Water-cooled Reactor System (SCWR) ;

- le réacteur à sels fondus (RSF) ou Molten salt reactor system (MSR).

Les réacteurs de Génération IV peuvent fonctionner selon trois modes différents :

- la surgénération, où le réacteur produit plus d'isotope fissile qu'il n'en consomme ;

- l'incinération, où le réacteur consomme des déchets radioactifs à très longue durée de vie,

- « normal »,mais  avec comme  combustible de l’ uranium 238 (isotope naturel –99 % de l'extraction minière) ou Thorium (ressource trois fois plus abondante que l'uranium

Les SFR ( réacteurs rapides  à caloporteur sodium, Sodium Cooled Fast Reactor) :  400 années réacteurs d’expérience, une filière mature

Dans le réacteur à refroidissement rapide au sodium, le cœur du réacteur est plongé dans un bassin de sodium  sans modérateur. Le sodium a de meilleures propriétés thermodynamiques que l’eau, ce qui permet de faire fonctionner le réacteur à des températures plus élevées et donc à des rendements plus élevés. En outre, le cœur du réacteur fonctionne à la pression atmosphérique, ce qui diminue encore  le risques d’accidents par rapport  réacteurs à eau légère sous pression. La chaleur produite est libérée dans un échangeur de chaleur dans un second circuit de sodium; donc aucun risque de fuite d‘élements radioactifs. Le sodium liquide est un excellenet fluide caloporteur par ses propriétés thermiques, peu corrosif, compatible avec les aciers ; son principal inconvénient, bien connu, est sa forte réactivité chimique avec l’eau.

Comme les autres RNR, les SFR peuvent utiliser tout le plutonium produit par le parc actuel des réacteurs à eau légère, ce qui permet d’assurer une gestion rationnelle et pérenne du plutonium, et  peuvent brûler tout type d’uranium, notamment l’uranium naturel

A vrai dire, les réacteurs à neutrons rapides faisaient partie des premières technologies mises en place aux débuts de l’électronucléaire, lorsque les ressources en uranium étaient perçues comme rares et Depuis les années 1950, la viabilité technologique des réacteurs à neutrons rapides a été largement prouvée et cette filière a fait l’objet de nombreux projets dans le monde qui ont permis d’accumuler plus de 400 années réacteur d’exploitation, dont 100 en exploitation industrielle.

La France a d’ailleurs été pionnière en ce domaine avec 3 RNR qui ont fonctionné : Rapsodie (1967-1983), Phénix (1973-2010, 250MWe) et Superphénix (1985-1998, 1250MWe) qui rappelons-le fut un succès technologique et le premier surgénérateur à entrer en fonctionnement industriel et qui fut  arrêté pour des raisons politiques sacrifié sur l’autel de la majorité plurielle de Lionel Jospin à un accord avec les écologistes.

C’était aussi l’objet du programme de réacteur de 4ème génération (Astrid) qui a scandaleusement et stupidement été arrêté en 2020… Malheureusement, la France risque de se trouver dépassée dans un domaine où elle a été pionnière, car la recherche sur les RNR sodium  reste très active dans de nombreux pays : Russie, USA, Chine, Inde, Japon…

La Russie a déjà deux réacteurs à neutrons rapides refroidis au sodium en service à Beloyarsk (BN-600, relié au réseau  et BN-800) et projette d’installer après 2035 un réacteur à neutrons rapides commercial nouvelle génération de 1 200 mégawatts électriques (MWe) dans le cadre d’un système autonome comprenant également des réacteurs à eau ordinaire. L’Inde est en train de mettre en service un prototype de surgénérateur à neutrons rapides de 500 MWe refroidi au sodium, premier d’une série de réacteurs à neutrons rapides industriels que le pays prévoit d’installer. La Chine, qui exploite un réacteur à neutrons rapides expérimental de 20 MWe, est en train de construire un grand réacteur à neutrons rapides de démonstration et projette à cortbterme d’exploiter des réacteurs à neutrons rapides commerciaux.

BN 800 Beloyarsk

VHTR (Very High Temperature Reactor) ou  réacteur à très haute température, refroidi à

l’hélium (RTHT)

Il s’agit  aussi de réacteurs appelées à lits de boulets (en anglais pebble bed reactor abrégé PBR ou PBMR pour Modular). Le  noyau est constitué de billes de graphite qui contiennent comme combustible de petits grains de céramique d’uranium ou de thorium. Pour modérer la réaction en chaîne, il utilise du graphite pyrolitique à la place de l'eau. Comme caloporteur, il utilise un gaz semi-inerte tel que l'hélium, l'azote ou le dioxyde de carbone lequel porté à très haute température (1000°C) actionne directement une turbine. Comparé au réacteur à eau pressurisée, cette technologie ne nécessite pas le système complexe contrôlant la vapeur d'eau. De plus, l'efficacité du transfert d'énergie (ratio de la puissance électrique sur la puissance thermique) est plus importante. A cause de son inertie thermique, le cœur du réacteur ne peut jamais atteindre une température à laquelle il pourrait fondre : le réacteur est sûr par conception de par sa faible puissance volumique (6,5 W/cm3) et par la grande quantité de modérateur autour du combustible.

La critique la plus courante provient du caractère inflammable du graphite, ce qui induit un risque de fuite du combustible nucléaire dans les fumées d'un incendie. Cependant le graphite n'est pas le fluide caloporteur. Comme le combustible est contenu dans du graphite, le volume des déchets nucléaires est plus important.

Ce design se prête particulièrement bien  à la cogénération d’électricité et de chaleur et à la production d’hydrogène.

Les premiers réacteurs à Haute température ont été développés dans les années 70-80, aux USA à Peach Botton 200 MWth entre 1966 et 1974) et Fort Saint Vrain (840MWth,entre1977 et 1992). En Allemagne, il y a eu un prototype (l’AVR) à lits de boulet de 40MWth qui a fonctionné de 1966 à 1988, l’Allemagne ayant ensuite arrêté le projet, et un second prototype utilisant le thorium , le THTR (the Thorium High-Temperature Reactor) a fonctionné entre 1985 et 1988. Le programme allemand HTR a été cédé à Rosatom.

Deux réacteurs expérimentaux sont actuellement en fonctionnement, le HTR-10 en Chine et le HTTR (30MWth) au Japon, qui a atteint une température de 950°C. Ils fournissent d’importants renseignements pour la preuve de concept et l’analyse des caractéristiques de sécurité et d’exploitation des VHTR.

En Chine, le développement du réacteur HTGR se poursuit à Shidao-Bay depuis 2012, en collaboration avec les Néerlandais, et, une fois terminé, devrait fournir l’énergie et la chaleur nécessaires à la production d’hydrogène selon trois processus en cours de développement en cours de développement, à savoir les procédés sulfures-iode (S-I), électrolyse à vapeur à haute température (HTSE) et soufre hybride (HyS). Les premiers essais de combustibles se sont bien déroulés. I est prévu d’implanter d’autres HTGR dans au moins quatre sites : Putian, Ruijin, Xiapu, Fuzhou.

Shidao-Bay

 LFR (Lead-Cooled Fast Reactor- réacteur nucléaire rapide à caloporteur plomb

Le réacteur à refroidissement au plomb rapide est aussi appelé « batterie nucléaire ». Il utilise des neutrons rapides, du plomb fondu ou un alliage de plomb-bismuth pour l’évacuation de la chaleur, et peut se passer de combustible neuf pendant 15 à 20 ans- en fait, au lieu de le recharger, il est plus simple de changer complètement le cœur. Les design possibles comprennent  des plans modulaires  composés de plusieurs unités de 300 à 400 MWe ou un gros réacteur de 1200MWe.  Les petits modules peuvent être refroidis par convection naturelle, ce qui constitue une sécurité supplémentaire.  Comme les éléments combustibles restent longtemps dans le réacteur, la probabilité d’une fission nucléaire augmente pour chaque atome. Le dioxyde de carbone est utilisé comme gaz caloporteur pour la production d’électricité. La température du caloporteur en sortie du réacteur est généralement de l’échelle de 500 à 600 °C, pouvant aller à plus de 800 °C dans certains projets,  température suffisamment élevée pour permettre la production thermochimique d’hydrogène.

L’eutectique plomb fondu /bismuth ne possède aucune propriété explosive, ne peut entrainer aucune surpression dans le réacteur et se solidifie rapidement en cas de fuite, ce qui empêche toute contamination étendue. Par contre son poids renchérit le coût de la construction et la solidification du plomb ou de l’eutectique plomb  bismuth peut entrainer des dommages au réacteur. Par ailleurs, l’alliage plomb bismuth produit du polonium en quantité importante.

L’ensemble de ces propriétés, en particulier l’absence de rechargement en ferait un bon candidat pour des  pays dépourvus de toute infrastructure nucléaire, et également pour des réacteurs modulaires de petites taille (SMR)

Des réacteurs LFR de 155 MWt ont équipé les sous-marins nucléaires russes de la classe Alfa. Basé sur leur design, Rosatom et EN+ ont annoncé en 2009 le développement d’un réacteur commercial de 280 MWt (le SVBR-100 ('Svintsovo-Vismutovyi Bystryi Reaktor). L’Uranium 235 serait utilisé comme combustible et un chargement durerait 8 ans. Dans ce type de réacteurs, les Russes ont deux autres projets, les Brest 300 et Brest 1200 et semblent demandeurs de collaborations internationales por les développer. Les USA ont en projet Hyperion, un LFR utilisant le trinitrure d’uranium (U2N3) comme combustible. Il pourrait opérer pendant 10 ans à 70 MWth.

SVBR-100

MSR (Molten Salt Reactor): Réacteurs à sels fondus

Les réacteurs à sel fondu peuvent être exploités à haute température et à la pression atmosphérique. Les premières expériences ont eu lieu dans les années 1950 au Laboratoire national d’Oak Ridge, dans le Tennessee mais à ce jour, aucun réacteur de ce type n’a été mis en service, malgré des essais prometteurs.

Un réacteur à sel liquide possède  trois circuits.  Le premier contient le combustible qui est également disponible sous forme de sel (uranium 235,plutonium, l'uranium 233, issus de la conversion du thorium) et du sel fondu (par exemple fluorure de lithium (LiF) et fluorure de béryllium (BeF2) qui sert à la fois de fluide caloporteur et de première barrière de confinement. La réaction nucléaire est déclenchée par la concentration en matière fissile dans le réacteur ou par le passage dans un bloc modérateur en graphite. Lors de la réaction en chaîne, le sel chauffe à près de 800 degrés Celsius. Il s’écoule ensuite vers le premier échangeur de chaleur, un second circuit de sel liquide sans combustible. Un troisième circuit qui alimente une turbine. La sécurité intrinsèque est  assurée sous le noyau de graphite par une vanne qui fond si le système n’est plus suffisamment refroidi. Le sel coule alors dans des réservoirs réfrigérés passivement.

Un réacteur à sels fondus peut aussi fonctionner en surgénérateur à l'aide d'une couverture fertile contenant l'isotope fertile à irradier (par exemple du thorium 232 ou de l'uranium 238).

Les sels liquides sont considérablement corrosifs, de sorte que des alliages métalliques spéciaux doivent être utilisés pour la construction des MSR.

Les MSR peuvent fonctionner de manière classique ou en réacteurs à neutrons rapides. Dans le premier cas, qui a fonctionné à Oak Ridge (Molten Salt Reactor Experiment, MSRE), réacteur d'essai de 7,4 MWth, la version finale utilisait un mélange de  sel LiF BeF2-ThF4-UF4 comme carburant, modéré par du graphite remplacé tous les quatre ans et du NaF-NaBF4 comme liquide de refroidissement. Il a atteint un très bon facteur de charge (85% sur 4 ans) avec un bon rendement thermique, permis de valider la résistance à la corrosion d’un alliage Hastelloy et confirmé le caractère très attractif d'un cycle du combustible nucléaire fondé sur le thorium. 

RSF(Oak Ridge)

Dans le second cas (neutrons  rapides), outre le plutonium et les actinides (recyclage des déchets),  le RSF est le seul système permettant d'utiliser efficacement le cycle de combustible nucléaire fondé sur le thorium (disponible en quantités 500 fois supérieures à l'uranium avec des réserves estimées suffisantes pour assurer la totalité des besoins énergétiques de l'humanité avec un niveau de consommation comparable aux USA pendant au moins 500 ans).

Dans un premier temps, les SFR  (sodium ) ont été préférés.  À partir des années 2000, le concept de réacteurs à sels fondus est à nouveau évalué, puis retenu dans le cadre du Forum international Génération IV dont il constitue une des pistes de recherche. Et il ne manque pas d’atouts. Il répond à plusieurs objections souvent opposées au nucléaire ; sûreté,  coût, déchets et réserves limitées de combustibles. Du fait de sa sûreté nécessitant peu d'équipements annexes, du faible besoin de construction lourde (pas d'épaisse enceinte de confinement, pas de cuverie haute pression, combustible peu coûteux ne nécessitant pas de processus de fabrication), la construction et l'exploitation d'un réacteur à sels fondus pourraient être très avantageuses sur le plan économique. Ces points devront cependant être confirmés par les projets en cours afin de préciser et justifier la faisabilité commerciale de ce type de réacteur.

Et des projets en cours, il en existe pas mal, particulièrement dans le domaine des SMR ( Small modular  reactors)

Actuellement, il semble que le projet ambitieux (TMSR -Thorium Molten Salt Reactor) soit mené par la Chine, avec une collaboration américaine.  Au Canada, l'entreprise Terrestrial Energy. développe un réacteur intégral à sels fondus (ISMR). L'entreprise britannique Moltex Energy LLP développe un réacteur à sels stables qui utilise un combustible statique dans des tubes et assemblages similaires à la technologie actuelle des REP.

Le campus de Wuwei, en plein désert de Gobi où sera développé le Thorium Molten Salt Reactor

En France, le CNRS de Grenoble étudie les avantages et les inconvénients de cette filière nucléaire émergente. L'Union européenne a lancé le consortium  SAMOFAR (Safety Assessment of the Molten Salt Fast Reactor) qui est  piloté par l'université de technologie de Delft et qui  coordonne les recherches de plusieurs laboratoires ou entreprises européennes comme le CNRS, l'IRSN, le CEA, AREVA, EDF, le PSI et l'université de Karlsruhe.

La Norvège, avec THOR Energy, étudie l'utilisation de combustible THOX dans le cadre de la préparation d'une transition vers le nucléaire thorium. Des entrepreneurs privés comme Flibe Energy (États-Unis) ou Thorium Energy (australien et tchèque) sont aussi engagés dans la mise au point de ces réacteurs.

L'entreprise danoise Seaborg Technologies développe un projet de barges équipées de petits réacteurs modulaires à sels fondus- Compact Molten Salt Reactor (CMST)- l'American Bureau of Shipping a délivré le 17 décembre 2020 une attestation de faisabilité. L'entreprise espère pouvoir lancer sa première barge en 2025. Une  barge comprendra 4,6 ou 8 réacteurs de 100MWe.

Les deux autres concepts retenus de réacteurs de Génération sont le « réacteur à gaz refroidi  (GFR ,gas-cooled fast reactor), qui utilise des neutrons rapides et de l’hélium comme moyen de refroidissement et fonctionne à des températures très élevées, et le « Réacteur à eau légère critique » (Super-Critical Water-Cooled Reactor) qui utilise l’eau sous haute pression comme fluide de refroidissement et animateur, de sorte qu’il n’y a pas de transitions de phase, et qui est peu coûteux et facile à construire. Comme les autres, ces conceprs existent depuis des décennies mais sont beaucoup moins avancé que les trois précédents.

« L’empreinte environnementale d’une source d’énergie, ainsi que celle de ses déchets, est un sujet important pour de nombreux pays qui sont à la recherche de méthodes durables de fourniture d’énergie propre », déclare Amparo González Espartero, responsable technique du cycle du combustible nucléaire à l’AIEA. « La capacité à réduire cette empreinte tout en tirant davantage parti du combustible nucléaire est l’une des principales caractéristiques qui rendent les réacteurs à neutrons rapides de plus en plus attrayants pour de nombreux pays, et qui stimule leur développement technologique. »

En raison des avantages évidents qu’ils proposent ( sécurité, fermeture du cycle, donc quasiment pas de déchets, réserve inépuisable de combustible et surgénération) , les réacteurs de GENIV se feront. Reste à savoir si la France qui fut pionnière en ce domaine avec SuperPhénix sera dans la course. L’arrêt d’Astrid est de mauvais présage...et une claire stupidité.  

Bibliographie

Fondé en  2001, the Generation IV International Forum (GIF) est un organisme de coopération international qui œuvre pour le développement des réacteurs de GEN IV. Son site est très riche en informations sur le sujet  https://www.gen-4.org/gif/

Autres sources : https://www.spektrum.de/news/kernkraftwerke-der-zukunft/1527265 ; https://www.iaea.org/fr/bulletin/lelectronucleaire-et-la-transition-vers-une-energie-propre/reduction-des-dechets-nucleaires-et-augmentation-de-lefficacite-pour-un-avenir-energetique-durable?_lrsc=62f62085-d2d9-488a-9b3b-f3808dfc451c&s=09 ; https://www.cea.fr/Pages/domaines-recherche/energies/energie-nucleaire/reacteurs-nucleaires-futur.aspx?Type=Chapitre&numero=2 ;

https://new.sfen.org/academie235/quest-ce-quun-reacteur-nucleaire-de-4e-generation/

Avis de l’Académie des sciences (8 mai 2021) : L’apport de l’énergie nucléaire dans la transition énergétique, aujourd’hui et demain

Texte intégral : https://www.academie-sciences.fr/pdf/rapport/20210614_avis_nucleaire.pdf

Extraits

 1)  La transition énergétique : « La transition énergétique, à mettre en œuvre pour limiter nos émissions de gaz à effet de serre et le réchauffement climatique qui en découle, doit se traduire par :

 - une diminution de notre consommation d’énergie par personne ;

- une réduction de notre dépendance aux combustibles fossiles, en priorité le charbon et le pétrole, et dans un second temps le gaz ;

- une augmentation de la part des sources d’énergie bas-carbone (énergies renouvelables et énergie nucléaire) ; »

 Ces évolutions conduiront inéluctablement à une augmentation importante de la part de l’électricité dans la production et la consommation énergétique, pour atteindre un niveau de l’ordre de 700 à 900 TWh (terawatts-heure) en 2050, presque le double de notre production électrique actuelle. Cette électricité doit être la plus décarbonée possible.

Commentaire : Comme l’Académie des Technologies l‘avait déjà remarqué, et comme on l‘a signalé plusieurs fois sur ce blog, ce niveau de 700 à 900 TW.h confirme que la PPE est bonne à jeter (650 TW.h). Ainsi que tous les scénarios, n’est-ce pas  @RTE qui s’appuient dessus.

2) Les ENR :  « Les énergies renouvelables intermittentes et variables, comme l’éolien et le solaire photovoltaïque, ne peuvent pas, seules, alimenter un réseau électrique de puissance de façon stable et pilotable si leur caractère aléatoire n’est pas compensé. Il faut pour cela disposer de capacités massives de stockage d’énergie et/ou d’unités de production d’énergie électrique de secours pilotables. Le stockage massif d’énergie, autre que celui déjà réalisé au moyen des centrales hydroélectriques de pompage-turbinage, demanderait des capacités que l’on ne voit pas exister dans les décennies qui viennent. La pilotabilité, en absence de ces dernières, ne peut être assurée que par des centrales nucléaires, si l’on exclut les centrales thermiques utilisant les énergies fossiles.

3) Nucléaire et CO2  « Un RNT (Réacteur à Neutrons Thermiques) classique injecte massivement, 24 heures sur 24, au moins pendant quelque 300 jours par an, de l’électricité décarbonée dans le réseau. La production électrique nucléaire est, en effet, de toutes les sources d’énergie électrique, la moins émettrice de gaz à effet de serre (environ 6 grammes d’équivalent de CO2 par kWh produit). »

4) Nucléaire et impacts environnementaux  « Une analyse complète du cycle de vie des systèmes électriques montre que les impacts environnementaux non radioactifs de l’électronucléaire sont le plus souvent bien inférieurs à ceux des autres systèmes. Pour ce qui concerne les impacts radiologiques, ils restent, en situation normale de fonctionnement, très inférieurs à ceux associés à la radioactivité naturelle. En revanche, ceux liés à des accidents nucléaires majeurs ont nécessité l’évacuation de territoires étendus pour éviter des expositions radiologiques hors normes et ont eu de lourdes conséquences sociales et environnementales. Le retour d’expérience de ces accidents a donné lieu à des améliorations successives de la sûreté des réacteurs. Depuis 2011, les réacteurs de type EPR, réacteurs à eau pressurisée (REP) de troisième génération, sont conçus de façon à minimiser la dissémination accidentelle de la radioactivité dans l’environnement, grâce à des dispositions technologiques et réglementaires d’augmentation de la sûreté »

5) Les déchets :  « Les déchets de moyenne et haute activité à vie longue, qui sont les plus délicats à gérer, ont un volume de l’ordre de 1,4 m3/TWh électrique pour le parc français (les volumes totaux de ces déchets depuis le début de l’ère nucléaire sont respectivement de 42 700 m3 et de 4 090 m3). L'inventaire de l'ensemble des déchets du parc nucléaire français est régulièrement tenu à jour par l’Agence nationale pour la gestion des déchets radioactifs (Andra)… Le stockage en couche géologique profonde, dans des conditions de sûreté et de gestion réversible, contrôlées par l’Autorité de sûreté nucléaire (ASN), est bien adapté aux déchets à vie longue. Dans ce cadre, la demande de création de Cigéo (Centre industriel de stockage géologique), après vingt ans de recherche par la communauté scientifique nationale, est prête à être déposée auprès du ministère de la Transition écologique pour être examinée par l’ASN »

6) Les RNR (surgénérateurs) : Dès le début du programme, la politique énergétique électronucléaire visait la possibilité d’installer un parc de réacteurs à neutrons rapides (RNR) afin de mieux utiliser les ressources en uranium et prolonger ainsi la production d’électricité électronucléaire…Le modèle de,RNR le plus mature est un réacteur utilisant du sodium liquide comme fluide caloporteur de l’énergie : le RNR-Na. Le retour d’expérience de ces réacteurs est important, notamment en France qui a exploité, Phénix, Superphénix et a conduit pendant 10 ans le projet Astrid préfigurant les RNR de quatrièmen génération (RNR GenIV).

La Programmation Pluriannuelle de l’Énergie (PPE) a récemment repoussé au siècle prochain un déploiement des RNR, conduisant à l’abandon du projet Astrid du CEA. Comme stratégie d’attente, elle a décidé d’aller vers le multirecyclage du plutonium du combustible usé dans les RNT, notamment les réacteurs EPR. Cette stratégie est destinée à maintenir l’expertise de la France en matière de R&D pouraller vers les RNR. Elle peut stabiliser les quantités de combustible usé mais ne conduit pas àl’autonomie énergétique telle que recherchée avec les RNR.

 7) Recommandations :

- conserver la capacité électronucléaire du bouquet énergétique de la France par la prolongation des réacteurs en activité, quand leur fonctionnement est assuré dans des conditions de sûreté optimale, et par la construction de réacteurs de troisième génération, les EPR, dans l’immédiat. Ces derniers reposent sur la meilleure technologie disponible actuellement et offrent les meilleures garanties de sûreté ;

- initier et de soutenir un ambitieux programme de R&D sur le nucléaire du futur afin de préparer l’émergence en France des réacteurs à neutrons rapides (RNR) innovants de quatrième génération (GenIV), qui constituent une solution d’avenir et dont l’étude se poursuit activement à l’étranger ;

- de prendre en compte dans ce programme tous les aspects scientifiques du recyclage du combustible associés aux réacteurs, incluant la gestion des déchets radioactifs ;

-  maintenir des filières de formation permettant d’attirer les meilleurs jeunes talents dans tous les domaines de la physique, la chimie, l’ingénierie et les technologies nucléaires pour développer les compétences nationales au meilleur niveau ;

- informer le public en toute transparence sur les contraintes des diverses sources d’énergie, l’analyse complète de leur cycle de vie et l’apport de l’électronucléaire dans la transition énergétique en cours.

Arrêt d’Astrid : vers l’étranglement du nucléaire ?

Astrid c’est mort ? Pour quelles raisons ?

Le Monde du jeudi 29 août se paie une belle exclusivité : « Astrid, c’est mort » ! Astrid (pour Advanced Sodium Technological Reactor for Industrial Demonstration) est un prototype de réacteur à neutrons rapides (RNR), refroidi au sodium. Il devait être construit sur le site nucléaire de Marcoule (Gard). Lancé dès 2006, sous la présidence de Jacques Chirac, le projet devait aboutir à une entrée en service en 2020 et à un déploiement industriel en 2040. « Astrid, c’est mort. On n’y consacre plus de moyens ni d’énergie », révèle au Monde une source du CEA.

Pourquoi Astrid est-il abandonné ? Le CEA aurait été refroidi par le coût du chantier. Selon Le Monde, 738 millions d’euros avaient déjà été investis fin 2017 mais le coût total du projet était estimé entre 5 et 10 milliards d’euros alors que l’uranium est peu onéreux. En parallèle, le réacteur de recherches Jules Horowitz du CEA a vu sa facture exploser de 500 millions à 2,5 milliards d’euros. Et il ne doit pas entrer en service avant 2021. (NB : le RJH est un réacteur de test de matériaux, permettant des expérimentations avec un spectre neutronique intense en neutrons thermiques et en neutrons rapides, ce qui lui permettrait des études sur les matériaux des filières nucléaires actuelles  de 2e et 3e génération et éventuellement futures (4e génération : Réacteur à neutrons rapides…enfin si on en construit).

Deuxième explication : manque de soutien du gouvernement à travers la PPE. Au moins jusqu’à la deuxième moitié du XXIe siècle, le besoin d’un démonstrateur et le déploiement de réacteurs à neutrons rapides ne sont pas utiles”, indiquait en janvier le rapport de consultation de la PPE.

Enfin, une autre source du CEA citée par Le Monde pointe du doigt EDF qui « n’a pas vraiment soutenu le projet » en moyens financiers.

Le CEA lui- même a, après l’article du Monde, livré une explication un peu différente : « Dans le contexte énergétique actuel, la perspective d’un développement industriel des réacteurs de 4ème génération n'est en effet plus envisagée avant la deuxième moitié de ce siècle… le CEA continue ses travaux dans le cadre de la convention de programme d’étude qui s’achève fin 2019. Cependant, la construction du réacteur prototype, n’est pas programmée à court ou moyen terme »

Remarque : Que signifie exactement le contexte énergétique actuel ? Est-ce le prix bas  de l’uranium qui ne justifierait plus son recyclage ? Ou la décision politique et néfaste, écologiquement, économiquement et d’un point de vue sanitaire de réduire le nucléaire ?

« Conformément aux engagements qu’il avait pris auprès des pouvoirs publics, le CEA proposera d’ici la fin de l’année au gouvernement un programme de recherche révisé sur la quatrième génération – pour 2020 et au-delà, en lien avec les orientations du gouvernement sur la Ce programme portera sur la simulation, des travaux expérimentaux et des développements technologiques ciblés. Il permettra également de maintenir les compétences développées sur les réacteurs rapides au sodium. »

Remarque : Dont acte, mais il est difficile d’y croire. Et surtout, il faudrait peut-être revoir radicalement la  PPE (Programmation Pluriannuelle de l’Energie) dont le Grand Débat qui lui a été consacré a montré à quel point elle était irréaliste, cf. https://vivrelarecherche.blogspot.com/2018/09/le-debat-public-sur-la-transition.html )

En abandonnant Astrid, nous abandonnons beaucoup de choses ! De quoi se passe-t-on ?

Astrid est la continuation des réacteurs expérimentaux Rapsodie, Phénix (250 MWe) et Superphénix (1 240 MWe), qui rappelons-le fut un succès technologique, mais arrêté pour des raisons politiques sacrifié sur l’autel de la majorité plurielle de Lionel Jospin, et particulièrement à un accord avec les écologistes.

Astrid est un  surgénérateur, un réacteur, dit de « 4e génération »,  qui consomme de l’uranium 238 (constituant 99,3% de l’uranium naturel) plutôt que de l’uranium 235 (0,7% de l’uranium naturel), ce qui nécessiterait in fine moins d’uranium naturel extrait du sous-sol pour produire de l’électricité et évite les étapes d’enrichissement. Il peut également brûler du plutonium et transformer des actinides mineurs, déchets nucléaires à vie longue, en des déchets nucléaires à vie plus courte.

De façon plus développée, l’Uranium 238 est bombardé par des neutrons rapides, celui-ci est converti en plutonium 239 fissile. Avec la même quantité d’uranium naturel initial, on peut ainsi produire avec ces RNR jusqu’à 100 fois plus d’électricité que dans les réacteurs actuels.  Ces systèmes à neutrons rapides consomment également dans le même temps directement du plutonium dont ils permettent un multi-recyclage. Dans les réacteurs actuels (REP ou REB) en France, le recyclage du plutonium est limité à un seul cycle sous forme de combustible appelé MOX (Mixed OXide fuel).

L’un des grands enjeux des réacteurs de quatrième génération à neutrons rapides est de faciliter la gestion des déchets radioactifs en réduisant le volume et la radiotoxicité intrinsèque à long terme des déchets ultimes. Ils peuvent en particulier transformer des éléments radioactifs à vie longue (les actinides mineurs -américium, neptunium, voire curium), en éléments à vie plus courte.  Les déchets ultimes se limiteraient alors aux produits de fission de ces actinides mineurs dont le stockage serait  plus simple : ils retrouveraient le niveau de radioactivité de l’uranium naturel non plus au bout de plusieurs centaines de milliers d’années comme les actinides mineurs, mais au bout de 300 ans environ.

Les RNR peuvent produire autant ou plus de matière fissile qu’ils n’en consomment. Concrètement, à chaque fois qu’un neutron rapide provoque la fission d’un atome de plutonium 239, d’autres neutrons transforment dans le même temps de l’uranium 238 en plutonium 239.

Donc, les réacteurs à neutrons rapides peuvent fonctionner en différents modes selon l’usage recherché : en mode iso-générateur (égalité entre la production et la consommation de matière fissile) ; en mode sous-générateur (consommation nette de matières fissiles) ou mode « brûleur » pour consommer du plutonium de façon intensive ; en mode surgénérateur (production de plutonium supérieure à sa consommation.

Conséquences de l’abandon d’Astrid : Nous nous privons :

- d’un réacteur qui, à pleine efficience, peut produire jusqu’à 100 fois plus d’électricité que dans les réacteurs actuels

- d’un réacteur capable d’utiliser  les stocks d’uranium appauvri disponibles, en combinaison avec les combustibles usés contenant du plutonium, et  permettant, à partir du siècle prochain, de s’affranchir totalement des mines d’uranium, et ce pendant plusieurs millénaires : on valoriserait, dès lors, les 99% de l’uranium extrait mis actuellement de côté.

- d’un réacteur assurant  donc un nucléaire durable et une totale autonomie énergétique à la France, capable de générer de l’électricité en quantité et en puissance suffisante pour couvrir tous les usages futurs

-  D’un réacteur capable de produire plus de matière fissile qu’il n’en consomme. C’est l’énergie abondante pour toujours  du surgénérateur!

- D’un réacteur permettant de réduire considérablement les déchets nucléaires ; les déchets ultimes se limiteraient alors aux produits de fission de ces actinides mineurs de durée de de vie de 300 ans environ.

Et l’on viendrait nous expliquer que 5 milliards d’euros, c’est trop pour cela ! Quand on a prévu de dépenser dix fois plus en solaire et en éolien, qui, s’ils remplacent le nucléaire seront néfastes pour le climat (car il faudra les adosser à une énergie pilotable, probablement du gaz), des énergies fatales qui produisent de l’électricité quand on n’en pas besoin.

(cf. https://vivrelarecherche.blogspot.com/2018/05/energies-renouvelables-le-rapport.html)

Ajoutons que l’arrêt d’Astrid peut imposer de reclasser en déchet des ressources inexploitées stockées par Orano, ce qui impacterait négativement le plan national de gestion des matières et des déchets radioactifs (PNGMDR).

Les Réacteurs à Neutrons Rapides, ça fonctionne !

La France a été l’une des premières, avec Phénix et Superphénix à faire la démonstration de la faisabilité d’un RNR, filière sodium. Si l’utilisation du sodium peut poser des problèmes de sécurité, Astrid avait justement pour but d’y répondre en intégrant de nouveaux dispositifs : en particulier, la présence d’un circuit secondaire en sodium non radioactif permet d’éliminer les conséquences radiologiques d’un éventuel accident chimique généré par une réaction sodium-eau.

Ensuite, des RNR fonctionnent. A la centrale de Benoïarsk, le réacteur BN 600 a été raccordé au réseau en 1982 et est entré en phase d’exploitation commerciale, avec un : taux de disponibilité moyen de 76 % fin 2010.  En 2015, le réacteur Benoïarsk-4  (BN-800) est connecté au réseau électrique national russe. Apparemment heureux de leurs RNR, les Russes ont décidé de passer à BN 1200, toujours sur la même centrale. Rosatom étudie d’ailleurs aussi des RNR où le sodium est remplacé par du plomb : refroidissement au plomb liquide (projet BREST) et refroidissement au plomb-bismuth (comme dans les réacteurs de sous-marins nucléaires APL-705, qui devrait aboutir à la construction d’un réacteur  SVBR de 100 MW.

Les Chinois disposent du China Experimental Fast Reactor (CEFR), réacteur expérimental de 65 MW qui a réussi en 2014 une démonstration de fonctionnement à pleine puissance pendant 3 jours. Suite à cette réussite, le nucléariste chinois NNC a annoncé fin décembre 2017 le début de la construction d'un démonstrateur de 600 MW à Xiapu, dans la province de Fujian.

L’Inde dispose du Fast Breeder Test Reactor (FBTR), réacteur expérimental d’une puissance de 40 MW, et qui comprend un cœur de 50 kg of plutonium de qualité militaire (ce qui est plutôt une bonne façon de l’utiliser).

Le Japon dispose du réacteur expérimental Jōyō qui a fonctionné  de juillet 2003 à 2007, avec une puissance thermique de 140 à 150 mégawatts. Il est à l’arrêt depuis 2007. Le Japon participait à Astrid, mais s’en est semble-t-il retiré.

Et nous, et nous, et nous ? Rien en France, le pays qui a le plus développé le nucléaire civil ?

Astrid faisait de plus partie d’un programme international sur le nucléaire du futur. En 2000, le Forum international Génération IV (GIF) est né de la volonté de créer un cadre de R&D international sur le nucléaire du futur et de faire émerger plus rapidement les technologies les plus performantes à maîtriser. Ce consortium a regroupé douze pays (Afrique du Sud, Argentine, Brésil, Canada, Chine, Corée du Sud, États-Unis, France, Japon, Royaume-Uni, Russie, Suisse) plus Euratom.

En 2002, six technologies ont été retenues par les membres du Forum international Génération IV. Elles apportent toutes des avancées notables en matière de développement énergétique durable, de compétitivité économique, de sûreté et de fiabilité, de résistance à la prolifération et aux agressions externes.

Trois de ces technologies concernent des Réacteurs à Neutrons Rapides : GFR (Gas-cooled Fast Reactor), réacteur à neutrons rapides refroidi au gaz (très hypothétique) ; SFR (Sodium- cooled Fast Reactor), réacteur à neutrons rapides refroidi au sodium (Astrid); LFR (Lead-cooled fast Reactor), réacteur à neutrons rapides refroidi au plomb.

Et nous, et nous, et nous : on arrête tout ?

En complément de la filière à neutrons rapides, 3 types de réacteurs sont aussi étudiés : VHTR (Very High Temperature Reactor), réacteur à très haute température; SCWR (Supercritical Water-cooled Reactor), réacteur à eau supercritique ; MSR (Molten Salt Reactor), réacteur à sels fondus

L’abandon d’Astrid en catimini est un scandale inacceptable. La filière nucléaire française n'aura pas de réacteur de quatrième génération

Compte-tenu de ses enjeux, de ses promesses (un nucléaire pratiquement sans déchet), des étapes de validation qu’il a déjà franchi, avec Superphénix en France, avec les réacteurs de la même filière en Russie et en Chine, l’arrêt en catimini d’Astrid est incompréhensible et scandaleux.

Il est en effet incompréhensible que ce programme d’avenir et du plus haut intérêt pour une énergie future pratiquement illimitée et décarbonée, assurant à la France et à l’Europe une pleine souveraineté énergétique, soit ainsi arrêté sans une évaluation sérieuse, scientifique et internationale, et une évaluation politique devant le Parlement. Il est scandaleux et inquiétant qu’aucune piste ne soit indiquée pour le nucléaire du futur en France.

Pense-t-on réellement que l’approvisionnement en uranium ne pose et ne posera aucun problème dans un avenir d’une trentaine d’année ? Ce serait prendre un sacré pari sur les instabilités et les tensions géostratègiques … Et sur l’accroissement des besoins en combustible nucléaire, avec le développement important de l’électricité nucléaire dans le monde.

Y-a-t-il des arguments techniques pour favoriser une autre technologie, comme les Réacteurs à Neutrons Rapides au plomb ? Dans ce cas, il faut le dire et le faire valider par l’expertise.

Cette décision prise en catimini, sans expertise publique, sans débat parlementaire laisse craindre le pire : que, comme Superphénix, Astrid ne soit victime de sombres et honteuses manœuvres politiciennes, que l’on n’ose même pas vouer publiquement

D’où un étranglement discret par les financement ( tout comme l’Unon Européenne, refuse d’inclure le nucléaire dans la taxonomie verte.

Est-ce ainsi que le CEA, organisme unique d’excellence dans le domaine atomique, Ets-ce ainsi que le nucléaire français mourra ? Par étranglement.

N.B. ; pour les réactions politiques, signalons une excellente tribune de Raphaël Schellenberger sur Lenergeek ( « Cet abandon est la démonstration que la raison et la science ont quitté le rang des éléments constitutifs d’une décision publique… Le plus grave, c’est que cela se passe dans l’indifférence la plus totale. C’est que le débat politique est étouffé sur le sujet, c’est que cela se fait en catimini. »)

(https://lenergeek.com/2019/08/30/astrid-nucleaire-dechets-raphael-schellenberger/)

Et la réaction de Marine Le Pen dénonçant « un crime économique, technologique et écologique ».

Il faut une commission d’enquête parlementaire.

Benoïarsk